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準週期材料的發現之旅

 
 
在傳統的晶體學中,晶體是由原子在三度空間中,沿著三個方向以固定的周期複製其排列結構,或直移對稱所構成的。傳統的晶體學認為,為了能以重複的原子結構把空間填滿,這些三度空間的晶體只可有一、二、三、四或六重旋轉對稱軸,其中並不包括五重與十重對稱。然而,一個二十面體的晶體模型能同時包含二重、三重與五重旋轉對稱軸,外表雖似充滿對稱,但這個模型並無法以相同的形狀與周期無限延伸堆疊填滿整個空間,因此稱為「準晶」。

在穿透式電子顯微鏡下,五重對稱與二重對稱軸結合成十重對稱的繞射圖形,這就是為什麼薛契曼博士觀察到的是十重對稱而非五重對稱。但薛契曼博士的研究結果一發表出來,就引起許多爭議與批評。面對主流學界的抨擊,薛契曼博士以超乎常人的韌性去證明他的觀點。

薛契曼博士利用了穿透式電子顯微鏡的分析特長,在三度空間中旋轉鋁錳化合物(Al6Mn)晶粒,確認了二重、三重、五重旋轉對稱軸固定的角度關係。這位卓越的電子顯微鏡學家在對的時間與地點抓住了那個微小的晶粒,驗證了他的主張,成為第一位成功解答這個問題的偉大科學家,諾貝爾化學獎是他應得的榮耀。

薛契曼博士在演講的最後告訴在場的1700位高中與大學生,1982年以前未能發現準晶體的主要原因,除了因為當年有穿透式電子顯微鏡設備的幫助,但更重要的是堅持自己的專業、毅力、信念、與勇氣才能在職涯中有所成就。他也留言勉勵學子,在自己所喜愛的領域中成為專家,就能一定能有美好的未來!

國立臺北科技大學「諾貝爾大師謝特曼教授科普講座」慨允提供,謹此致謝。
 
【本講全程係以英文發表】
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